Hernandez, Rosa;Jimenez-Luna, Cristina;Perales-Adan, Jesus;Perazzoli, Gloria;Melguizo, Consolacion;Prados, Jose
Biomolecules & Therapeutics
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제28권1호
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pp.34-44
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2020
Mesenchymal stem cells (MSCs) have been proposed as an alternative therapy to be applied into several pathologies of the nervous system. These cells can be obtained from adipose tissue, umbilical cord blood and bone marrow, among other tissues, and have remarkable therapeutic properties. MSCs can be isolated with high yield, which adds to their ability to differentiate into non-mesodermal cell types including neuronal lineage both in vivo and in vitro. They are able to restore damaged neural tissue, thus being suitable for the treatment of neural injuries, and possess immunosuppressive activity, which may be useful for the treatment of neurological disorders of inflammatory etiology. Although the long-term safety of MSC-based therapies remains unclear, a large amount of both pre-clinical and clinical trials have shown functional improvements in animal models of nervous system diseases following transplantation of MSCs. In fact, there are several ongoing clinical trials evaluating the possible benefits this cell-based therapy could provide to patients with neurological damage, as well as their clinical limitations. In this review we focus on the potential of MSCs as a therapeutic tool to treat neurological disorders, summarizing the state of the art of this topic and the most recent clinical studies.
Karaoz, Erdal;Tepekoy, Filiz;Yilmaz, Irem;Subasi, Cansu;Kabatas, Serdar
Journal of Korean Neurosurgical Society
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제62권2호
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pp.153-165
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2019
Objective : Spinal cord injury (SCI) is a very serious health problem, usually caused by a trauma and accompanied by elevated levels of inflammation indicators. Stem cell-based therapy is promising some valuable strategies for its functional recovery. Nestin-positive progenitor and/or stem cells (SC) isolated from pancreatic islets (PI) show mesenchymal stem cell (MSC) characteristics. For this reason, we aimed to analyze the effects of rat pancreatic islet derived stem cell (rPI-SC) delivery on functional recovery, as well as the levels of inflammation factors following SCI. Methods : rPI-SCs were isolated, cultured and their MSC characteristics were determined through flow cytometry and immunofluorescence analysis. The experimental rat population was divided into three groups : 1) laminectomy & trauma, 2) laminectomy & trauma & phosphate-buffered saline (PBS), and 3) laminectomy+trauma+SCs. Green fluorescent protein (GFP) labelled rPI-SCs were transplanted into the injured rat spinal cord. Their motilities were evaluated with Basso, Beattie and Bresnahan (BBB) Score. After 4-weeks, spinal cord sections were analyzed for GFP labeled SCs and stained for vimentin, $S100{\beta}$, brain derived neurotrophic factor (BDNF), 2',3'-cyclic-nucleotide 3'-phosphodiesterase (CNPase), vascular endothelial growth factor (VEGF) and proinflammatory (interleukin [IL]-6, transforming growth factor $[TGF]-{\beta}$, macrophage inflammatory protein [MIP]-2, myeloperoxidase [MPO]) and anti-inflammatory (IL-1 receptor antagonis) factors. Results : rPI-SCs were revealed to display MSC characteristics and express neural and glial cell markers including BDNF, glial fibrillary acidic protein (GFAP), fibronectin, microtubule associated protein-2a,b (MAP2a,b), ${\beta}3$-tubulin and nestin as well as anti-inflammatory prostaglandin E2 receptor, EP3. The BBB scores showed significant motor recovery in group 3. GFP-labelled cells were localized on the injury site. In addition, decreased proinflammatory factor levels and increased intensity of anti-inflammatory factors were determined. Conclusion : Transplantation of PI-SCs might be an effective strategy to improve functional recovery following spinal cord trauma.
Shin, Eun Sil;Hwang, Onyou;Hwang, Yu-Shik;Suh, Jun-Kyo Francis;Chun, Young Il;Jeon, Sang Ryong
Journal of Korean Neurosurgical Society
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제56권5호
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pp.383-389
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2014
Objective : Neural tissue transplantation has been a promising strategy for the treatment of Parkinson's disease (PD). However, transplantation has the disadvantages of low-cell survival and/or development of dyskinesia. Transplantation of cell aggregates has the potential to overcome these problems, because the cells can extend their axons into the host brain and establish synaptic connections with host neurons. In this present study, aggregates of human brain-derived neural stem cells (HB-NSC) were transplanted into a PD animal model and compared to previous report on transplantation of single-cell suspensions. Methods : Rats received an injection of 6-OHDA into the right medial forebrain bundle to generate the PD model and followed by injections of PBS only, or HB-NSC aggregates in PBS into the ipsilateral striatum. Behavioral tests, multitracer (2-deoxy-2-[$^{18}F$]-fluoro-D-glucose ([$^{18}F$]-FDG) and [$^{18}F$]-N-(3-fluoropropyl)-2-carbomethoxy-3-(4-iodophenyl)nortropane ([$^{18}F$]-FP-CIT) microPET scans, as well as immunohistochemical (IHC) and immunofluorescent (IF) staining were conducted to evaluate the results. Results : The stepping test showed significant improvement of contralateral forelimb control in the HB-NSC group from 6-10 weeks compared to the control group (p<0.05). [$^{18}F$]-FP-CIT microPET at 10 weeks posttransplantation demonstrated a significant increase in uptake in the HB-NSC group compared to pretransplantation (p<0.05). In IHC and IF staining, tyrosine hydroxylase and human ${\beta}2$ microglobulin (a human cell marker) positive cells were visualized at the transplant site. Conclusion : These results suggest that the HB-NSC aggregates can survive in the striatum and exert therapeutic effects in a PD model by secreting dopamine.
Hair follicles (HFs) are a well-characterized niche for adult stem cells (SCs), and include epithelial and melanocytic SCs. HF cells are an accessible source of multipotent adult SCs for the generation of the interfollicular epidermis, HF structures and sebaceous glands in addition to the reconstitution of novel HFs in vivo. In the present study, it was demonstrated that HF cells are able to be induced to differentiate into cardiomyocyte-like cells in vitro under specific conditions. It was determined that HF cells cultured on OP9 feeder cells in KnockOut-Dulbecco's modified Eagle's medium/B27 in the presence of vascular endothelial growth factors differentiated into cardiomyocyte-like cells that express markers specific to cardiac lineage, but do not express non-cardiac lineage markers including neural stem/progenitor cell, HF bulge cells or undifferentiated spermatogonia markers. These cardiomyocyte-like cells exhibited a spindle- and filament-shaped morphology similar to that presented by cardiac muscles and exhibited spontaneous beating that persisted for over 3 months. These results demonstrate that SC reprogramming and differentiation may be induced without resulting in any genetic modification, which is important for the clinical applications of SCs including tissue and organ regeneration.
Doublecortin (DCX) is a microtuble-associated protein that is required for the migration of immature neuroblasts within the chick and mammalian brain. Although it is generally thought that DCX is expressed only in the neuroblasts, some mature neurons maintain DCX expression; for example, horizontal cells in adult rat retina. In this study, we demonstrate that retinal neural progenitors in the early embryonic stage of the chick also expressed DCX, as do developing ganglion cells and horizontal cells in later stages of development. These findings raise the possibility of a role for DCX in retinal neural progenitors, before they become specialized into neuroblasts in the chick.
Background and Objectives : Cartilage reconstruction is one of medical issue in otolaryngology. Tissue engineering is presently being utilized in part of cartilage repair. Sources of cells for tissue engineering are chondrocyte from mature cartilage and bone marrow mesenchymal stem cells that are able to differentiate into chondrocyte. Recent studies have shown that adipose tissue have mesenchymal stem cells which can differentiate into adipogenic, chondrogenic myogenic osteogenic cells and neural cell in vitro. In this study, we have examined chondrogenic potential of the canine adipose tissue-derived mesenchymal stem cell(ATSC). Materials and Methods : We harvested canine adipose tissue from inguinal area. ATSCs were enzymatically released from canine adipose tissue. Under appropriate culture conditions, ATSCs were induced to differentiate into the chondrocyte lineages using micromass culture technique. We used immunostain to type II collagen and toluidine blue stain to confirm chondrogenic differentiation of ATSCs. Results : We could isolate ATSCs from canine adipose tissue. ATSCs expressed CD29 and CD44 which are specific surface markers of mesenchymal stem cell. ATSCs differentiated into micromass that has positive response to immunostain of type II collagen and toluidine blue stain. Conclusion : In vitro, ATSCs differentiated into cells that have characteristic cartilage matrix molecules in the presence of lineage-specific induction factors. Adipose tissue may represent an alternative source to bone marrow-derived MSCs.
Mesenchymal stem cells (MSCs) have been considered an alternative source of neuronal lineage cells, which are difficult to isolate from brain and expand in vitro. Previous studies have reported that MSCs expressing Nestin ($Nestin^+$ MSCs), a neuronal stem/progenitor cell marker, exhibit increased transcriptional levels of neural development-related genes, indicating that $Nestin^+$ MSCs may exert potential with neurogenic differentiation. Accordingly, we investigated the effects of the presence of $Nestin^+$ MSCs in bone-marrow-derived primary cells (BMPCs) on enhanced neurogenic differentiation of BMPCs by identifying the presence of $Nestin^+$ MSCs in uncultured and cultured BMPCs. The percentage of $Nestin^+$ MSCs in BMPCs was measured per passage by double staining with Nestin and CD90, an MSC marker. The efficiency of neurogenic differentiation was compared among passages, revealing the highest and lowest yields of $Nestin^+$ MSCs. The presence of $Nestin^+$ MSCs was identified in BMPCs before in vitro culture, and the highest and lowest percentages of $Nestin^+$ MSCs in BMPCs was observed at the third (P3) and fifth passages (P5). Moreover, significantly the higher efficiency of differentiation into neurons, oligodendrocyte precursor cells and astrocytes was detected in BMPCs at P3, compared with P5. In conclusion, these results demonstrate that neurogenic differentiation can be enhanced by increasing the proportion of $Nestin^+$ MSCs in cultured BMPCs.
Yi, TacGhee;Lee, Hyun-Joo;Cho, Yun-Kyoung;Jeon, Myung-Shin;Song, Sun U.
IMMUNE NETWORK
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제14권1호
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pp.54-65
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2014
Bone marrow-derived mesenchymal stem cells (MSCs) are multipotent, with the ability to differentiate into different cell types. Additionally, the immunomodulatory activity of MSCs can downregulate inflammatory responses. The use of MSCs to repair injured tissues and treat inflammation, including in neuroimmune diseases, has been extensively explored. Although MSCs have emerged as a promising resource for the treatment of neuroimmune diseases, attempts to define the molecular properties of MSCs have been limited by the heterogeneity of MSC populations. We recently developed a new method, the subfractionation culturing method, to isolate homogeneous human clonal MSCs (hcMSCs). The hcMSCs were able to differentiate into fat, cartilage, bone, neuroglia, and liver cell types. In this study, to better understand the properties of neurally differentiated MSCs, gene expression in highly homogeneous hcMSCs was analyzed. Neural differentiation of hcMSCs was induced for 14 days. Thereafter, RNA and genomic DNA was isolated and subjected to microarray analysis and DNA methylation array analysis, respectively. We correlated the transcriptome of hcMSCs during neural differentiation with the DNA methylation status. Here, we describe and discuss the gene expression profile of neurally differentiated hcMSCs. These findings will expand our understanding of the molecular properties of MSCs and contribute to the development of cell therapy for neuroimmune diseases.
Kim, Soo Min;Cho, Soo Young;Kim, Min Woong;Roh, Seung Ryul;Shin, Hee Sun;Suh, Young Ho;Geum, Dongho;Lee, Myung Ae
Molecules and Cells
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제43권6호
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pp.551-571
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2020
Nuclear receptor-related 1 (Nurr1) protein has been identified as an obligatory transcription factor in midbrain dopaminergic neurogenesis, but the global set of human NURR1 target genes remains unexplored. Here, we identified direct gene targets of NURR1 by analyzing genome-wide differential expression of NURR1 together with NURR1 consensus sites in three human neural stem cell (hNSC) lines. Microarray data were validated by quantitative PCR in hNSCs and mouse embryonic brains and through comparison to published human data, including genome-wide association study hits and the BioGPS gene expression atlas. Our analysis identified ~40 NURR1 direct target genes, many of them involved in essential protein modules such as synapse formation, neuronal cell migration during brain development, and cell cycle progression and DNA replication. Specifically, expression of genes related to synapse formation and neuronal cell migration correlated tightly with NURR1 expression, whereas cell cycle progression correlated negatively with it, precisely recapitulating midbrain dopaminergic development. Overall, this systematic examination of NURR1-controlled regulatory networks provides important insights into this protein's biological functions in dopamine-based neurogenesis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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